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 技术论文

 流量计校验装置在航天发射场加注系统中的应用


周士虎 中国西昌卫星发射中心 615000
张永华 国防科工委工程设计研究所 100028
第一页

  摘要:简述了实流校验方法、流量计校验装置的设计依据和工作原理及主要技术参数,并就校验装置的准确度的可靠性作了分析;最后详细介绍了校验装置在航天发射场地面推进剂加注系统中的应用情况。认为采用流量计校验装置对流量计实施在线工况检验,是提高加注计量精度的极好途径。
  主题词:加注系统 流量计 在线校验 装置
  Abstract A brief introduction to flowmeter calibrating methods, design criteria, working principles and main technical parameters of flowmeter calibration device is given first. Then the security of the device's fidelity is analyzed. Finally a detailed introduction to the device's application to the propellant filling system at launching sites is made. It is concluded that the adoption of the flowmeter calibration equipment for online verification is the best option to increase the accuracy of filling measurement.
Subject Headings Filling system, Flowmeter, On-line verification, Device

  长期以来,如何保证航天发射场加注系统中使用的流量计量值传递的准确度,即如何实现对现场流量计的准确度进行实际工况下的在线校验,是航天发射场一直探讨的课题。由于加注系统工况条件的特殊性(易燃、易爆、毒性、系统全封闭带压),目前国内、国际上常用的液体流量标准(校验)装置很难适应此工况条件中。为此,我们研制的"FCS-III-300/1500型流量计校验装置"(以下简称"装置"),主要应用于发射场常规推进剂加注系统在线工作流量计的校验工作,以提高流量仪表在加注使用过程中的准确度。该装置具有准确度高、重复性好、线性度优、适应性强、工作压力高及校验成本低等特点。并设有时间、频率及液位数显系统,使之操作简便,直观并校验速度快,故而提高了装置运行的可靠性。装置的材质均为1Cr18Ni9Ti,密闭件采用聚四氟乙烯材质,具有较好的耐腐蚀性能。此装置的研制成功,填补了航天发射场常规推进剂加注系统流量及在线校验工作的空白。满足了加注系统在线校验工作的需要。通过了国防科工委组织的有关专家和部门的现场验收。
  为了使装置在质量上得到进一步提高,本文将结合目前国内流量标准(校验)装置的现况和装置的工作特点及装置在出厂验收、现场条校和实液标定流量计所做的测试数据,从航天发射现场流量计的实际工况和要解决的问题入手,对装置的设计依据和工作原理,校验装置主要技术参数、检定及使用状态等方面进行综合性的全面介绍,使装置在现有设计制造和使用的基础上得到进一步完善,促使该装置的准确度得到进一步提高

问题的提出

  液体实流校验按流量装置的校验方式分为"离线"流量校验和"在线"流量校验。"离线"流量校验是将被校的流量计取离现场,到液体流量标准装置上进行标准状态下的工作特性校验。流量计出厂时所带的有关测试数据均是在此条件下作出的,均为基本数据。但当仪表应用到各种与流量标准装置测试工况条件不相符合的场合,其附加误差只能由用户按照制造厂或研究部门提供的模拟实验数据或经验来估算,很难保证流量计的准确度。现在我国各航天发射场由于本身的特殊工况,其使用的流量计均采用上述"离线"方法每年到指定的设有流量标准装置的厂家用水对流量仪表进行准确度的校验。当流量计安装到使用现场工作时,由于对其附加误差的估算缺乏理论依据和实验数据,在加注过程中由流量计准确度误差所引起的的加注误差也难以控制。而加注量的准确与否则直接影响发射试验的成败。长期以来,如何确保加注系统使用的流量计量值传递的准确度,一直是航天科技工作者所探索的课题。由此,提出了在加注系统中设置"在线流量校验装置的问题。根据航天发射场加注系统的工况要求,设计的此套"在线"流量校验装置是用一些特定的流量标准装置设备与现场工况管线作适当的联接,在现场实际工况条件下实现对管线中流量计进行准确度的校验。以克服标准装置校验条件与现场使用工况条件的差别(主要是在流体物性和流动状态两方面)对流量计准确度所带来的影响。此"在线"流量校验装置要求在不中断流量计工作的情况下,进行对工作过程中的流量计的准确度校验以及时地对流量计的量值传递的准确度进行比对,达到控制工作过程中流量计量的准确性。

装置的设计依据和工作原理

  目前,国内外采用的"在线"液体流量(标准校验)装置有固定式或车装式标准体体积管装置、可移动计量容器以及标准表传校等,但这些装置很难适应加注系统的使用特点,即有毒、易燃、易爆、强腐蚀,介质用加注泵进行封闭式带压循环流动,管线中无专门控制稳定流场压力波动的设备和措施的工作环境。针对加注系统的特殊工况,参照国内外流量标准(校验)装置的设计和使用经验,以相应的JJG164-86《静态容积法水流量标准装置检定规程》、JJG209-80《标准体积管试行检定规程(容积法)》、JJG218-80《动态容积法流量标准装置试行检定规程》等检定规程和ISO4185《封闭管道中液体流量的测量-称重法》等国际标准为依据,应用动态容积法的设计原理,与静态容积法的测量方法结合,组成了一种新型的全封闭带压状态下实行"在线"校验的新型动态容积法流量校验装置。该装置用高准确度的细颈式工作量器(III类压力容器)实施对流经被校流量计后进入容器内的校验流体进行计量比对;将闭式气动换向器与闭式气动底阀有机地组成一体后,装在工作量器底部,使液体的进、排液过程中的流场都处于均匀和稳定。在实现进液或回流的快速切换的同时,完成动态校验和排液的功能。为保证换向器的起、停动作与加注系统内被校流量计的计时、计频同步性,我们采用了高精度的时间基准(晶振精度2*10-6)和高分辨率的频率基准(被测精度2*10-6),通过安装在换向器运动行程几何中点的磁接近开关同步控制它们的启、停动作。为确保换向器启、停两个方面上动作规律的一致性,在设计换向器行程和气缸的几何尺寸上进行了准确的对称性计算,并在换向器的流道上采用了中心对称结构,以确保中点发讯在换向器换向时,一旦通过流体喷流中点时,即开始发讯、计时、计频同步启动。使换向器的工作规律恒定,流量分布的变化作为换向器行程的函数具有较好的线性。因此,可使用具有运动缓慢特性的换向器。此处,还采用以容积为单位的连续式液位计(带电信号远传)等数显监控仪表,组成了加注系统在线校验装置。
  在校验过程中,将该装置直接连接在工作系统中,通过与被校验的流量计的流量值Q与其输出停止号X(脉冲频率、电压、电流强度、标尺指示器的偏移)之间的关系:Q=f(x)即流量计标称静态函数,与该装置的高准确度的工作量器、频率基准及时间基准等基本参数的标定结果比较,确定其被校验流量计的准确度或流量计标称静态函数的系数。也可以根据工作需要,随机对工作中的流量计进行动态比对。

校验装置主要技术参数

流量测量范围:50-1700(L/min)
装置工作量器准确度:<=0.05%
工作量器容积:1500L-1800L
被校仪表公称通径:DN25、DN50、DN80、DN100、DN150
频率显示:6位LED数码管显示,显示范围0-999999(Hz)
     频率仪表系数设定范围:0.001-99.999
     仪表输入信号:三线制电压、脉冲
     低电平:0-2V
     高电平:12-24V
     占空比:约50%
     电源电压:24VDC
时间显示:6位LED数码管显示,显示范围:0-999.999(s)
     时间设定范围:0.001-999.999(s)
液化显示:6位LED数码管显示,显示范围:0.000-9999.9(mm)
     液位仪表系数设定范围:0.001-99.999
     液位高度设定范围:0-99999(mm)
     仪表输入信号:输入电流:4-20mA
     负载电阻:250-350Ω
     电源电压:24VCD
工作压力:0.6MPa
工作温度:5℃-40℃
防爆设备防爆等级:dIBT3
电磁阀供气压力:0.6-0.8MPa
供电电源:220VAC、50Hz;2A;24VDC、1A
换向器的形成时间差:<=20ms

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